Luận án Tiến sĩ: Chọn tạo và sử dụng EGMS lúa lai hai dòng ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN VĂN QUANG CHỌN TẠO VÀ SỬ DỤNG CÁC DÒNG BẤT DỤC ĐỰC GEN NHÂN MẪN CẢM MÔI TRỜNG TRONG TẠO GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG Ở VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG MÃ SỐ : 62.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS BÙI BÁ BỔNG 2.TS NGUYỄN THỊ TRÂM HÀ NỘI, 2008 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Bá Bổng và PGS.TS Nguyễn Thị Trâm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn chỉnh luận án. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Ban lãnh đạo Viện Sinh học Nông nghiệp, Ban chủ nhiệm khoa Nông học, khoa Sau đại học, các thầy cô giáo bộ môn Di truyền Giống, khoa Nông học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin trân trọng cảm ơn Vụ Khoa học và Công nghệ, Bộ Giáo dục và Đào tạo, PGS.TS Nguyễn Văn Hoan-Chủ nhiệm đề tài “Kết hợp kỹ thuật chọn lọc marker phân tử với phương pháp truyền thống trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng" đã hỗ trợ kinh phí để thực hiện đề tài nghiên cứu này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em Phòng Nghiên cứu ứng dụng ưu thế lai, Viện Sinh học Nông nghiệp, các sinh viên thực tập tốt nghiệp từ khóa 43 đến khóa 48 đã cộng tác giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Sau cùng là gia đình đã luôn động viên khích lệ, tạo điều kiện về thời gian, công sức và kinh phí để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2008 Tác giả Trần Văn Quang Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và đã được công bố một phần trong luận văn Thạc sĩ của tôi, các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận án đều được ghi rõ nguồn gốc.

Tác giả luận án Trần Văn Quang Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………ii MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN A : Dòng bất dục đực tế bào chất AFLP : Đa hình chiều dài đoạn phân cắt được nhân bội (Amplified fragment leghth polymophisms) B : Dòng duy trì tính bất dục đực tế bào chất. BSA : Phân tích thể phân ly theo nhóm (Bulked segregant analysis) CMS : Dòng bất dực đực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility) EGMS : Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường (Environment- sensitive Genic Male Sterility) GA3 : Gibberellic acid MAS : Chọn giống nhờ trợ giúp của chỉ thị phân tử (Marker Asisted Selection). PGMS : Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng (Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility) P(T)GMS : Bất dục đực mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng và nhiệt độ (Photoperiodic and Thermo-sensitive Genic Male Sterility) Phytotron : Buồng khí hậu nhân tạo R : Dòng phục hồi tính hữu dục (Restorer) RAPD : ADN khác biệt được nhân bội ngẫu nhiên (Randomly Amplified Polymorphic DNA) RFLPs : Đa hình chiều dài đoạn phân cắt giới hạn (Restriction Fragment Length Polymorphisms) TGMS : Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ (Thermo-sensitive Genic Male Sterility) T(P)GMS : Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ và chu kỳ chiếu sáng (Thermo and Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility) WA : Bất dục đực hoang dại (Wild Abortive) WCG : Gen tương hợp rộng (Wide Compatibility Gene) Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ĐOAN ii MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN III MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH MINH HOẠ X MỞ ĐẦU 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1 2.

MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI 3 2. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4 3.2 Ý nghÜa thùc tiÔn 4 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 6 CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Lịch sử nghiên cứu phát triển lúa lai trên thế giới 6 2.2 Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa 8 2.3 Nghiên cứu phát triển lúa lai hai dòng 10 2.1 Nghiên cứu và sử dụng các dòng EGMS 11 2.2 Phương pháp chọn tạo các dòng EGMS 18 2.3 Phương pháp đánh giá các dòng EGMS 24 2.4 Phương pháp chọn thuần và nhân các dòng EGMS 27 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………iv 2.5 Dòng phục hồi và gen tương hợp rộng 31 2.6 Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp của dòng EGMS 33 2.7 Kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 hệ hai dòng 36 2.8 Những thành công và hạn chế của lúa lai hai dòng 37 2.4 Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam 38 2.1 Những thành tựu về nghiên cứu 38 2.2 Phát triển lúa lai thương phẩm 40 2.3 Sản xuất hạt giống lúa lai F1 41 2.4 Những tồn tại trong nghiên cứu và phát triển lúa lai 42 2.5 Định hướng phát triển lúa lai trong thời gian tới 42 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 44 NGHIÊN CỨU 2.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 45 2.4 Phương pháp nghiên cứu 45 2.1 Nội dung 1: Phân lập và đánh giá các TGMS và PGMS 45 2.2 Nội dung 2: Tìm hiểu gen kiểm soát tính mẫn cảm quang 48 chu kỳ của dòng P5S 2.3 Nội dung 3: Lai thử, đánh giá tổ hợp lai và xác định khả 49 năng kết hợp của các dòng EGMS 2.4 Nội dung 4: Thiết lập qui trình nhân dòng bất dục P5S 50 2.5 Nội dung 5: Thiết lập qui trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp 51 TH5-1 2.6 Các chỉ tiêu theo dõi 52 2.7 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 KẾT QUẢ PHÂN LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC DÒNG EGMS 55 3.1 Tóm tắt quá trình lai và chọn lọc 55 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………v 3.2 Kết quả phân lập các dòng EGMS mới 55 3.3 Đặc điểm cơ bản của các dòng mới phân lập 59 3.4 Quá trình chuyển đổi tính dục của dòng P5S và T4S ở điều 66 kiện tự nhiên trong vụ mùa 3.5 Quá trình chuyển đổi tính dục của dòng P5S và T4S ở điều 69 kiện tự nhiên trong vụ xuân 3.6 Kết quả đánh giá các dòng EGMS tại Quảng Nam 73 3.7 Khả năng sử dụng dòng P5S ở Việt Nam 78 3.8 Kết quả xác định thời kỳ mẫn cảm của các dòng EGMS 80 3.9 Đặc điểm của các dòng EGMS sau khi xử lý trong 83 Phytotron 3.10 Đặc điểm của dòng P5S và T4S trong điều kiện hữu dục 84 3.11 Đặc điểm của dòng P5S và T4S trong điều kiện bất dục 87 3.2 KIỂM SOÁT DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG TỔ HỢP CỦA 90 DÒNG P5S 3.1 Phân tích di truyền tính trạng bất dục đực mẫn cảm quang 90 chu kỳ của dòng P5S 3.2 Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng EGMS 93 3.3 ĐÁNH GIÁ VÀ TUYỂN CHỌN TỔ HỢP LAI MỚI 97 3.1 Đánh giá con lai F1 trong vụ xuân 97 3.2 Đánh giá con lai F1 trong vụ mùa 112 3.4 NHÂN DÒNG MẸ VÀ SẢN XUẤT HẠT LAI F1 TỔ HỢP 119 TH5-1 3.1 Nhân dòng bất dục P5S trong vụ xuân 119 3.2 Sản xuất hạt lai F1 121 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 132 4.2 Đề nghị 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Tên Bảng Trang 3.1 Kết quả phân lập cây bất dục và hữu dục ở hai công 57 thức xử lý 3.2 Phân loại các cá thể PGMS và TGMS được phân lập 58 3.3 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của dòng P5S 61 và T4S qua các thời vụ trong vụ mùa 2002 3.4 Một số đặc tính nông sinh học của dòng P5S và T4S 62 qua các thời vụ trong vụ mùa 2002 3.5 Đặc điểm hình thái của dòng P5S và T4S mới phân lập 64 3.6 Quá trình chuyển đổi tính dục của dòng P5S và T4S 66 trong vụ mùa 2002 3.7 Quá trình chuyển đổi tính dục của các dòng EGMS ở 70 điều kiện tự nhiên trong vụ xuân 2003 3.8 Thời gian từ gieo đến trỗ, số lá trên thân chính của các 75 dòng EGMS qua các thời vụ (Vụ xuân 2005 tại Quảng Nam) 3.9 Quá trình chuyển đổi tính dục của các dòng EGMS ở 77 điều kiện tự nhiên trong vụ xuân 2005 tại Quảng Nam 3.10 Kết quả xử lý các dòng EGMS theo công thức I (12 giờ 81 15 phút + 28,0OC) ở các bước phân hoá đòng khác nhau 3.11 Kết quả xử lý các dòng EGMS theo công thức II (13 82 giờ + 20,00C) ở các bước phân hoá đòng khác nhau 3.12 Một số đặc điểm của các dòng EGMS sau khi xử lý 83 nhân tạo 3.13 ảnh hưởng của thời vụ đến tỷ lệ đậu hạt và một số đặc 85 tính nông sinh học của dòng P5S và T4S trong vụ xuân 2003 3.14 Một số đặc điểm nông sinh học của hai dòng P5S và 86 T4S ở điều kiện hữu dục 3.15 ảnh hưởng của thời vụ đến tỷ lệ đậu hạt và một số đặc 88 tính nông sinh học của dòng P5S và T4S trong vụ mùa Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………vii 2003 3.16 Một số đặc điểm của các dòng EGMS ở điều kiện bất 89 dục 3.17 Tỷ lệ phấn hữu dục của con lai F1 và các dòng bố mẹ 90 3.18 Thống kê tần số phân ly thực nghiệm và lý thuyết về tỷ 92 lệ hữu dục : bất dục trong quần thể F2 của các tổ hợp lai 3.19 Tỷ lệ phân ly hữu dục : bất dục ở F1 của con lai trở lại 92 (BC1F1) 3.20 Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng bố mẹ đối 93 với một số tính trạng 3.21 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của 94 tính trạng chiều dài bông 3.